真空電容率基本簡(jiǎn)介

真空電容率，又稱為真空介電系數(shù)，或電常數(shù)，是一個(gè)常見于電磁學(xué)的物理常數(shù)，符號(hào)為ε0。ε0和真空磁導(dǎo)率μ0以及電磁波在真空傳播速率c之間的關(guān)系為

學(xué)術(shù)界常遇到一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，就是認(rèn)為真空電容率ε0是一個(gè)可實(shí)現(xiàn)真空的一個(gè)物理性質(zhì)。正確的觀點(diǎn)應(yīng)該為，ε0是一個(gè)度量系統(tǒng)常數(shù)，是由國(guó)際公約發(fā)表和定義而產(chǎn)生的結(jié)果。ε0的定義值是由光波在參考系統(tǒng)的光速或基準(zhǔn)（benchmark）光速的衍生而得到的數(shù)值。這參考系統(tǒng)稱為自由空間，被用為在其它各種介質(zhì)的測(cè)量結(jié)果的比較基線?？蓪?shí)現(xiàn)真空，像外太空、超高真空（ultra high vacuum）、量子色動(dòng)真空（QCD vacuum）、量子真空（quantum vacuum）等等，它們的物理性質(zhì)都只是實(shí)驗(yàn)和理論問題，應(yīng)與ε0分題而論。ε0的含義和數(shù)值是一個(gè)度量衡學(xué)（metrology）問題，而不是關(guān)于可實(shí)現(xiàn)真空的問題。為了避免產(chǎn)生混淆，許多標(biāo)準(zhǔn)組織現(xiàn)在都傾向于采用電常數(shù)為ε0的名稱。

自由空間（free space）是一個(gè)理想的參考狀態(tài)，可以趨近，但是在物理上是永遠(yuǎn)無法達(dá)到的狀態(tài)。可實(shí)現(xiàn)真空有時(shí)候被稱為部分真空（partial vacuum），意指需要超低氣壓，但超低氣壓并不是近似自由空間的唯一條件。

與經(jīng)典物理內(nèi)的真空不同，現(xiàn)今時(shí)代的物理真空意指的是真空態(tài)（vacuum state），或量子真空。這種真空絕對(duì)不是簡(jiǎn)單的空無一物的空間。因此，自由空間不再是物理真空的同義詞。若想要知道更多細(xì)節(jié)，請(qǐng)參閱條目自由空間和真空態(tài)。

對(duì)于為了測(cè)量國(guó)際單位的數(shù)值，而在實(shí)驗(yàn)室制成的任何部分真空，一個(gè)很重要的問題是，部分真空是否可以被滿意地視為自由空間的實(shí)現(xiàn)？還有，我們必須怎樣修正實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，才能使這些結(jié)果適用于基線？例如，為了彌補(bǔ)氣壓高于零而造成的誤差，科學(xué)家可以做一些修正。

若想知道怎樣才能制成優(yōu)良的部分真空，請(qǐng)參閱條目超高真空（ultra high vacuum）和自由空間。

請(qǐng)注意，這些缺陷并不會(huì)影響真空電容率ε0的意義或數(shù)值。ε0是個(gè)定義值，是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織，通過光速和真空磁導(dǎo)率的定義值而衍生的。

• 偶極子

• 電極化強(qiáng)度

• 電偶極矩

• 磁化矢量

• 卡西米爾效應(yīng)

permittivity of free space 或 permittivity of the vacuum

MKSA有理制(國(guó)際單位制的電磁學(xué)部分)中引入的一個(gè)有量綱的常量 。又稱真空介電常量 ，表為ε₀，在國(guó)際單位制中，ε₀=8.854187817×10^-12F/m。

ε₀和真空磁導(dǎo)率μ₀以及電磁波在真空傳播速率c之間的關(guān)系為 (見光速)。真空平行板電容器的電容為，若取S為單位面積，d為單位距離，則C=ε₀，真空電容率的名稱即源于此。

真空電容率（vacuumpermittivity）是一個(gè)重要且基本的物理常數(shù)，又稱為真空介電常數(shù)。

本身是一個(gè)精確值，不存在不確定度，其大小等于ε₀=1/（μ₀×c²），其中μ₀為真空磁導(dǎo)率，c為真空中光速，因?yàn)檫@兩者的值都是精確值，所以ε₀也是精確值。μ₀=4π×10^-7N/A²，c=299792458m/s，所以可算出ε₀≈8.854187817×10^-12F/m，注意，這里的“≈“并不是因?yàn)椴痪_，而是因?yàn)棣?sub>0的精確值是一個(gè)無理數(shù)，這個(gè)無理數(shù)的本身的大小是確定的。

在國(guó)際單位制里，常數(shù)和都是準(zhǔn)確值。所以，關(guān)于米或安培這些物理量單位的數(shù)值設(shè)定，不能采用定義方式，而必須設(shè)計(jì)精密的實(shí)驗(yàn)來測(cè)量計(jì)算求得。由于是個(gè)無理數(shù)，的數(shù)值只能夠以近似值來表示。

真空電容率也出現(xiàn)于庫(kù)侖定律，是庫(kù)侖常數(shù)的一部份。

對(duì)于線性介質(zhì)，電容率與真空電容率的比率，稱為相對(duì)電容率,請(qǐng)注意，這公式只有在靜止的、零頻率的狀況才成立。對(duì)于異向性材料，相對(duì)電容率是個(gè)張量。

在量子力學(xué)里，電容率可以用發(fā)生于原子層次和分子層次的量子作用來解釋。

在較低頻率區(qū)域，極性介電質(zhì)的分子會(huì)被外電場(chǎng)電極化，因而誘發(fā)出周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，在微波頻率區(qū)域，微波場(chǎng)促使物質(zhì)內(nèi)的水分子做周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。水分子與周邊分子的相互碰撞產(chǎn)生了熱能，使得含水分物質(zhì)的溫度增高。這就是為什么微波爐可以很有效率的將含有水分的物質(zhì)加熱。水的電容率的虛值部分（吸收指數(shù)）有兩個(gè)最大值，一個(gè)位于微波頻率區(qū)域，另一個(gè)位于遠(yuǎn)紫外線(UV)頻率區(qū)域。這兩個(gè)共振頻率都高于微波爐的操作頻率。

在中間頻率區(qū)域，高過促使轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率區(qū)域，又遠(yuǎn)低于能夠直接影響電子運(yùn)動(dòng)的頻率區(qū)域，能量是以共振的分子振動(dòng)形式被吸收。對(duì)于水介質(zhì)，這是吸收指數(shù)開始顯著地下降的區(qū)域。吸收指數(shù)的最低值是在藍(lán)光頻率區(qū)域（可見光譜段）。這就是為什么日光不會(huì)傷害像眼睛一類的含水生物組織。

在高頻率區(qū)域（像遠(yuǎn)紫外線頻率或更高頻率），分子無法弛豫。這時(shí)，能量完全地被原子吸收，因而激發(fā)電子，使電子躍遷至更高能級(jí)，甚至游離出原子。擁有這頻率的電磁波會(huì)導(dǎo)致電離輻射。

• 普朗克阻抗

• 國(guó)際單位制

• 真空

• 真空電容率

• 光速

• 麥克斯韋方程組

• 電磁波方程式

• 電磁場(chǎng)的數(shù)學(xué)表述

• 遠(yuǎn)近場(chǎng)